EIN endergonische Reaktion Es ist eines, das nicht spontan passieren kann und auch eine hohe Energieversorgung erfordert. In der Chemie ist diese Energie im Allgemeinen kalorisch. Die bekannteste aller endergonischen Reaktionen sind endotherme Reaktionen, dh solche, die Wärme absorbieren, um aufzutreten.
Warum sind nicht alle Reaktionen spontan? Weil sie den Gesetzen der Thermodynamik bergauf gehen: Sie verbrauchen Energie und die von den beteiligten Arten gebildeten Systeme verringern ihre Entropie; das heißt, für chemische Zwecke werden sie molekular geordnet.
Der Bau einer Mauer ist ein Beispiel für eine endergonische Reaktion. Ziegel allein verdichten sich nicht genug, um einen festen Körper zu bilden. Dies liegt daran, dass es keinen Energiegewinn gibt, der ihre Gewerkschaften fördert (was sich auch in ihren möglichen geringen intermolekularen Wechselwirkungen widerspiegelt)..
Um die Mauer zu bauen, braucht man Zement und Arbeitskräfte. Dies ist Energie, und die nicht spontane Reaktion (die Wand wird nicht automatisch gebaut) wird möglich, wenn ein Energievorteil wahrgenommen wird (wirtschaftlich im Fall der Wand)..
Wenn es keinen Nutzen gibt, wird die Wand bei jeder Störung einstürzen und ihre Steine werden niemals zusammenhalten können. Gleiches gilt für viele chemische Verbindungen, deren Bausteine nicht spontan zusammenkommen können..
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Was ist, wenn die Mauer spontan gebaut werden kann? Dazu müssen die Wechselwirkungen zwischen den Ziegeln sehr stark und stabil sein, so dass kein Zement oder eine Person sie bestellen muss; während die Ziegelmauer, obwohl sie widerstandsfähig ist, der gehärtete Zement ist, der sie zusammenhält und nicht richtig das Material der Ziegel.
Daher sind die ersten Merkmale einer endergonischen Reaktion:
-Es ist nicht spontan
-Nimmt Wärme (oder andere Energie) auf
Und warum absorbiert es Energie? Weil seine Produkte mehr Energie haben als die an der Reaktion beteiligten Reaktanten. Dies kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
ΔG = G.Produkte-GReagenzien
Wobei ΔG die Änderung der freien Gibbs-Energie ist. Wie G.Produkt ist größer (weil es energetischer ist) als G.Reagenzien, Die Subtraktion muss größer als Null sein (ΔG> 0). Das folgende Bild fasst weiter zusammen, was gerade erklärt wurde:
Beachten Sie den Unterschied zwischen den Energiezuständen zwischen den Produkten und den Reaktanten (violette Linie). Daher werden Reaktanten nicht zu Produkten (A + B => C), wenn zuerst keine Wärmeabsorption erfolgt..
Jede endergonische Reaktion ist mit einer Erhöhung der Gibbs-freien Energie des Systems verbunden. Wenn für eine bestimmte Reaktion erfüllt ist, dass ΔG> 0 ist, ist dies nicht spontan und erfordert die Durchführung einer Energieversorgung.
Wie kann man mathematisch wissen, ob eine Reaktion endergonisch ist oder nicht? Anwendung der folgenden Gleichung:
ΔG = ΔH-TΔS
Wobei ΔH die Enthalpie der Reaktion ist, dh die insgesamt freigesetzte oder absorbierte Energie; ΔS ist die Entropieänderung und T ist die Temperatur. Der TΔS-Faktor ist der Energieverlust, der bei der Expansion oder Anordnung der Moleküle in einer Phase (fest, flüssig oder gasförmig) nicht verwendet wird..
Somit ist ΔG die Energie, mit der das System arbeiten kann. Da ΔG ein positives Vorzeichen für eine endergonische Reaktion hat, muss Energie oder Arbeit auf das System (die Reaktanten) angewendet werden, um die Produkte zu erhalten.
Wenn man dann die Werte von & Dgr; H (positiv für eine endotherme Reaktion und negativ für eine exotherme Reaktion) und T & Dgr; S kennt, ist es möglich zu wissen, ob die Reaktion endergonisch ist. Dies bedeutet, dass eine Reaktion zwar endotherm ist, nicht es ist notwendigerweise endergonisch.
Zum Beispiel schmilzt ein Eiswürfel zu flüssigem Wasser und absorbiert Wärme, wodurch seine Moleküle getrennt werden. Der Prozess ist jedoch spontan und daher keine endergonische Reaktion.
Und was ist mit der Situation, in der Sie das Eis bei einer Temperatur weit unter -100 ° C schmelzen möchten? In diesem Fall wird der T & Dgr; S-Term in der Gleichung für freie Energie im Vergleich zu & Dgr; H klein (weil T abnimmt), und als Ergebnis hat & Dgr; G einen positiven Wert.
Mit anderen Worten: Das Schmelzen von Eis unter -100 ° C ist ein endergonischer Prozess und nicht spontan. Ein ähnlicher Fall ist das Einfrieren des Wassers bei 50 ° C, was nicht spontan geschieht..
Ein weiteres wichtiges Merkmal, das auch mit ΔG zusammenhängt, ist die Energie der neuen Bindungen. Die Bindungen der gebildeten Produkte sind schwächer als die der Reaktanten. Die Abnahme der Festigkeit der Bindungen wird jedoch durch einen Massengewinn kompensiert, der sich in den physikalischen Eigenschaften widerspiegelt.
Hier verliert der Vergleich mit der Mauer an Bedeutung. Demnach müssen die Bindungen innerhalb der Ziegel stärker sein als die zwischen ihnen und dem Zement. Die Wand insgesamt ist jedoch aufgrund ihrer größeren Masse steifer und widerstandsfähiger..
Ähnliches wird im Abschnitt Beispiele erläutert, jedoch mit Zucker.
Wenn endergonische Reaktionen nicht spontan sind, wie finden sie in der Natur statt? Die Antwort liegt in der Kopplung mit anderen Reaktionen, die ziemlich spontan (exergonisch) sind und deren Entwicklung irgendwie fördern..
Zum Beispiel repräsentiert die folgende chemische Gleichung diesen Punkt:
A + B => C (endergonische Reaktion)
C + D => E (exergonische Reaktion)
Die erste Reaktion ist nicht spontan, daher kann sie natürlich nicht auftreten. Die Produktion von C ermöglicht jedoch das Auftreten der zweiten Reaktion, die E verursacht.
Addition der freien Gibbs-Energien für die beiden Reaktionen ΔG1 und ΔGzwei, mit einem Ergebnis kleiner als Null (ΔG<0), entonces el sistema presentará un incremento de la entropía y por lo tanto será espontáneo.
Wenn C nicht mit D reagiert hätte, könnte A es niemals bilden, da es keine Energiekompensation gibt (wie im Fall von Geld mit der Mauer). Es wird dann gesagt, dass C und D A und B "ziehen", um zu reagieren, obwohl es eine endergonische Reaktion ist..
Pflanzen nutzen Sonnenenergie, um aus Kohlendioxid und Wasser Kohlenhydrate und Sauerstoff zu erzeugen. Der COzwei michzwei, kleine Moleküle mit starken Bindungen bilden Zucker mit Ringstrukturen, die schwerer und fester sind und bei einer Temperatur von etwa 186 ° C schmelzen..
Es ist zu beachten, dass die C-C-, C-H- und C-O-Bindungen schwächer sind als die von O = C = O und O = O. Und aus einer Zuckereinheit kann die Pflanze Polysaccharide wie Cellulose synthetisieren.
Endergonische Reaktionen sind Teil anaboler Prozesse. Wie Kohlenhydrate erfordern auch andere Biomoleküle wie Proteine und Lipide komplexe Mechanismen, die ohne sie und die Kopplung mit der Hydrolysereaktion von ATP nicht existieren könnten.
Ebenso sind Stoffwechselprozesse wie die Zellatmung, die Diffusion von Ionen durch Zellmembranen und der Transport von Sauerstoff durch den Blutkreislauf Beispiele für endergonische Reaktionen..
Diamanten erfordern enorme Drücke und Temperaturen, damit ihre Komponenten zu einem kristallinen Feststoff verdichtet werden können..
Einige Kristallisationen sind jedoch spontan, obwohl sie bei sehr langsamen Geschwindigkeiten auftreten (Spontaneität hat keinen Einfluss auf die Kinetik der Reaktion)..
Schließlich stellt Rohöl selbst ein Produkt endergonischer Reaktionen dar, insbesondere schwerer Kohlenwasserstoffe oder Makromoleküle, die als Asphaltene bezeichnet werden..
Ihre Strukturen sind sehr komplex und ihre Synthese dauert lange (Millionen von Jahren), Hitze und bakterielle Wirkung..
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